CN113683052B - 一种超滑石墨岛移动组件的制作及使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微型块移动组件和制作方法，该组件包括移动部件，移动部件包括：透明基板；位于透明基板表面、用于与微型块阵列接触的透明接触体，透明接触体背离透明基板的表面为平面状，且透明接触体兼具柔性和刚性。由于移动部件为透明的，在推动时可清晰的观察到微型块的运动情况和自回复情况，有利于微型块自回复的判断；由于透明接触体背离透明基板的表面为平面状，面积大，可以同时对多个微型块进行推动和转移，提升推动、转移和自回复判断的效率，同时增加微型块受力均匀性，避免出现锁死的情况，以及增加与微型块之间的粘附力，提升转岛成功率；另外透明接触体兼具柔性和刚性，避免对微型块造成损伤，同时保证推动和转移的顺利进行。

Description

一种超滑石墨岛移动组件的制作及使用方法

技术领域

本申请涉及超滑岛领域，特别是涉及一种超滑石墨岛移动组件的制作及使用方法。

背景技术

二维材料，例如石墨烯、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨，其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内使得这种材料展现出许多奇特的性质，成为研究的热点。目前，利用部分微米级别的二维材料在层间剪切后仍能自发地回复到原来的位置的性质发展了结构超滑技术。

目前，在判断超滑岛是否具有自回复能力时使用探针进行操作。先用探针进行推岛，岛将会出现上下分层，然后释放探针观察上层分离部分是否发生自回复运动，若自回复，则判定上层部分为超滑片；而后再次推岛，利用探针与超滑岛之间的粘附力使具有自回复能力的超滑片与原有材料体系分离，从而将超滑片转移至目标基底。利用探针进行操作存在以下缺陷：第一，只能对超滑岛逐个推岛和转岛，耗时长；第二，探针与超滑岛之间是点接触，超滑岛受力不均匀，在推岛过程中很容易出现旋转失稳，进而出现超滑岛锁死的问题，不利于自回复特性的判断，同时由于点接触的接触面积小，两者间粘附力弱，不利于超滑片的转移，成功率较低；第三，探针在推岛过程中会部分遮挡下方的超滑岛，不利于自回复能力的判断。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种微型块移动组件及其制作方法，以提升对微型块的移动效率和转岛成功率，避免微型块推岛时锁死，便于进行自回复判断。

为解决上述技术问题，本申请提供一种微型块移动组件，包括移动部件，所述移动部件包括：

透明基板；

位于所述透明基板表面、用于与微型块阵列接触的透明接触体，所述透明接触体背离所述透明基板的表面为平面状，且所述透明接触体兼具柔性和刚性。

可选的，所述透明接触体为一体化接触体。

可选的，所述透明接触体包括多个层叠的透明接触单元体，且在远离所述透明基板的方向上，所述透明接触单元体的体积依次减小。

可选的，还包括：

位移台，用于调整目标基底和微型块阵列的位移以及当所述透明接触体与微型块阵列接触时，在微型块层间施加剪切力。

可选的，还包括：

三维位移架，用于调整所述透明接触体的位移。

可选的，还包括：

转角位移台，用于调整目标基底与转移的微型块或微型块阵列之间的相对转角。

本申请还提供一种微型块移动组件的制作方法，包括：

准备透明基板；

在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状，得到透明接触体，其中，所述透明接触体兼具柔性和刚性。

可选的，在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状包括：

步骤S11：以所述透明基板作为承载体，在所述承载体上滴加所述透明液体，并固化所述透明液体，形成透明接触单元体；

步骤S12：以所述透明接触单元体作为新的承载体，并返回步骤S11，直至所述透明接触单元体的数量达到预设阈值，且后一个所述透明接触单元体的体积小于前一个所述透明接触单元体的体积；

步骤S13：倒置所述透明基板使所述透明接触单元体竖直向下移动，使最后形成的所述透明接触单元体与预置基板接触，直至最后形成的所述透明接触单元体发生塑性变形且接触面为平面。

可选的，所述预置基板为透明基板。

可选的，在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状包括：

在所述透明基板上滴加所述透明液体，并使用预置基板与所述透明液体水平接触；

固化所述透明液体，并移走所述预置基板。

可选的，在所述透明基板的表面滴加透明液体之前，还包括：

在所述透明基板上设置相对的支撑体；

相应的，在所述透明基板的表面滴加透明液体包括：

所述透明基板的表面且在所述支撑体之间滴加透明液体。

本申请所提供的一种微型块移动组件，包括移动部件，所述移动部件包括：透明基板；位于所述透明基板表面、用于与微型块阵列接触的透明接触体，所述透明接触体背离所述透明基板的表面为平面状，且所述透明接触体兼具柔性和刚性。

可见，本申请中的微型块组件包括透明基板和透明接触体，由于透明基板和透明接触体均为全透明的，所以在进行推动时，可以清晰的观察到微型块的运动情况，以及分离微型块组件和微型块后，还可以清晰的观察到微型块的自回复情况，即有利于自回复的判断；由于透明接触体背离透明基板的表面为平面状，面积大，所以透明接触体可以同时对多个微型块进行推动和转移，提升推动、转移和自回复判断的效率，并且，透明接触体与微型块之间为面接触，增加微型块受力均匀性，避免因旋转失稳而出现锁死的情况，也利于自回复的判断，同时还可以增加与微型块之间的粘附力，提升转移成功率；另外透明接触体兼具柔性和刚性，避免对微型块造成损伤，同时保证推动和转移的顺利进行。

此外，本申请还提供一种具有上述优点的微型块移动组件的制作方法。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种微型块移动组件的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的另一种微型块移动组件的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的微型块移动组件的制作方法的流程图；

图4（a）至图4（c）为本申请实施例中滴加透明溶液的过程示意图；

图5为本申请实施例中预置基板与透明接触单元体之间的接触示意图；

图6为本申请实施例中预置基板与透明液体之间的接触示意图；

图7至图16为利用本申请中的微型块移动组件对石墨岛进行推岛和转岛的过程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，利用探针进行推岛和转岛时存在以下缺陷：第一，只能对超滑岛逐个推岛和转岛，耗时长；第二，探针与超滑岛之间是点接触，超滑岛受力不均匀，在推岛过程中很容易出现旋转失稳，进而出现超滑岛锁死的问题，不利于自回复特性的判断，同时由于点接触的接触面积小，两者间粘附力弱，不利于超滑岛的转移，成功率较低；第三，探针在推岛过程中会部分遮挡下方的超滑岛，不利于自回复能力的判断。

有鉴于此，本申请提供了一种微型块移动组件，请参考图1和图2，图1为本申请实施例所提供的一种微型块移动组件的结构示意图，图2为本申请实施例所提供的另一种微型块移动组件的结构示意图，包括移动部件，所述移动部件包括：

透明基板1；

位于所述透明基板1表面、用于与微型块阵列接触的透明接触体2，所述透明接触体2背离所述透明基板1的表面为平面状，且所述透明接触体2兼具柔性和刚性。

透明基板1包括但不限于玻璃基板或者透明亚克力基板等。

需要说明的是，本申请中对透明接触体2不做限定，可自行设置。可选的，作为一种具体实施方式，所述透明接触体2为一体化接触体，如图1所示；进一步的，一体化接触体的形状包括但不限于圆台、圆柱、棱台等等。

作为另一种具体实施方式，所述透明接触体2包括多个层叠的透明接触单元体21，且在远离所述透明基板1的方向上，所述透明接触单元体21的体积依次减小，如图2所示。需要指出的是，本申请中对透明接触单元体21的数量不做限定，例如，2个、3个，5个等等。

优选地，透明接触体2背离透明基板1的表面为圆形的平面状，以增大透明接触体2背离透明基板1的表面的面积，进而提升推动和转移效率。

还需要说明的是，本申请中对透明接触体2的材料也不做限定，可自行选择。例如，透明接触体2的材料可以为聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS) ，或者光刻胶，或者树脂胶等等。

透明接触体2的数量既可以为一个，也可以为多个，本申请中不做限定，视情况而定。

本申请中的微型块组件包括透明基板1和透明接触体2，由于透明基板1和透明接触体2均为全透明的，所以在进行推动时，可以清晰的观察到微型块的运动情况，以及分离微型块组件和微型块后，还可以清晰的观察到微型块的自回复情况，即有利于微型块自回复的判断；由于透明接触体2背离透明基板1的表面为平面状，面积大，所以透明接触体2可以同时对多个微型块进行推动和转移，提升推动、转移和自回复判断的效率，并且，透明接触体2与微型块之间为面接触，增加微型块受力均匀性，避免因旋转失稳而出现锁死的情况，也利于微型块自回复的判断，同时还可以增加与微型块之间的粘附力，提升转岛成功率；另外透明接触体2兼具柔性和刚性，避免对微型块造成损伤，同时保证推动和转移的顺利进行。

为了便于控制移动部件的位移，微型块移动组件还包括：

三维位移架，用于调整所述透明接触体的位移。

将透明基板固定在三维位移架上，通过三维位移架的运动调整透明接触体在水平和竖直方向上的位移。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，微型块移动组件还包括：

位移台，用于调整目标基底和微型块阵列的位移以及当所述透明接触体与微型块阵列接触时，在微型块层间施加剪切力。

当进行推岛操作时，位移台调整微型块阵列的水平位移，以使其与透明接触体正对，当透明接触体与微型块阵列接触时，通过调整微型块的水平位移，在微型块层间施加剪切力，从而使微型块的上层与下层之间产生相对滑动，微型块或微型块阵列被批量推开。

当进行转岛时，透明接触体上吸附有微型块或者微型块阵列，位移台调整目标基底的水平位移，以使目标基底与透明接触体正对，进而调整目标基底的竖直位移，以与透明接触体相接触。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，微型块移动组件还包括：

转角位移台，用于调整目标基底与转移的微型块或微型块阵列之间的相对转角。

当研究物理量随超滑片转角变化时，需要微型块与目标基底成一特定角度，转角位移台可以精确调整目标基底的旋转角度。

本申请还提供一种微型块移动组件的制作方法，请参考图3，图3为本申请实施例所提供的微型块移动组件的制作方法的流程图，该方法包括：

步骤S101：准备透明基板。

透明基板为清洁的基板。

步骤S102：在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状，得到透明接触体，其中，所述透明接触体兼具柔性和刚性。

透明液体即透明接触体的材料，如当透明接触体为PDMS时，透明液体即为PDMS透明溶液；当透明接触体为光刻胶时，透明液体即为液体光刻胶。

当透明液体即为PDMS透明溶液，配置PDMS透明溶液时，预聚物A：交联剂B为1~10:1，以使透明接触体具有适当的柔性和刚性，使用搅拌棒搅拌均匀，将溶液静置于真空罐内抽真空以去除气泡。

下面根据透明接触体的不同对步骤S102进行进一步阐述。

可选的，在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状包括：

步骤S11：以所述透明基板作为承载体，在所述承载体上滴加所述透明液体，并固化所述透明液体，形成透明接触单元体。

可选的，可以采用针尖蘸取透明液体，然后将蘸取的透明液体滴到承载体上；或者使用微量注射器控制滴加的透明液体的量。

为了加快制作效率，固化时使用加热台加热固化。

步骤S12：以所述透明接触单元体作为新的承载体，并返回步骤S11，直至所述透明接触单元体的数量达到预设阈值，且后一个所述透明接触单元体的体积小于前一个所述透明接触单元体的体积。

首先在透明基板上滴加透明液体，固化后形成第一个透明接触单元体，然后在第一个透明接触单元体上滴加透明溶液，固化后形成第二个透明接触单元体，再在第二个透明接触单元体上滴加透明溶液，固化后形成第三个透明接触单元体，依次类推，直至透明接触单元体的数量达到预设阈值。本申请中对预设阈值不做限定，可自行设置。例如，3，4，5等等。

以透明接触单元体的数量为3个为例，滴加透明溶液的过程示意图请参见图4（a）至图4（c）。

由于后一个透明接触单元体的体积小于前一个透明接触单元体的体积，当使用针尖蘸取透明液体时，可以通过针尖的粗细来控制，即后一次使用的针尖比前一次使用的针尖更细。

步骤S13：倒置所述透明基板使所述透明接触单元体竖直向下移动，使最后形成的所述透明接触单元体与预置基板接触，直至最后形成的所述透明接触单元体发生塑性变形且接触面为平面。

倒置后最后形成的透明接触单元体朝下，与预置基板接触后，继续控制透明接触单元体的竖直位移，即可调整透明接触单元体与预置基板的接触面积，从而制作顶端具有不同大小平面的透明接触单元体。静置至接触边界稳定后，透明接触单元体发生塑性变形，将透明接触单元体预置基板分离即可。

优选地，所述预置基板为透明基板，便于观察透明接触单元体与预置基板的接触面积的大小。

可选的，在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状包括：

步骤S21：在所述透明基板上滴加所述透明液体，并使用预置基板与所述透明液体水平接触。

可以使用移液枪或者微注射器滴加定量的透明液体。

预置基板与所述透明液体水平接触，使得透明液体的顶部变为平面。

优选地，所述预置基板为透明基板，便于观察透明接触单元体与预置基板的接触面积的大小。

步骤S22：固化所述透明液体，并移走所述预置基板。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，在所述透明基板的表面滴加透明液体之前，还包括：

在所述透明基板上设置相对的支撑体；

相应的，在所述透明基板的表面滴加透明液体包括：

所述透明基板的表面且在所述支撑体之间滴加透明液体。

当透明基板1上设置有支撑体3时，预置基板4与透明接触单元体之间的接触示意图如图5所示，预置基板4与透明液体之间的接触示意图如图6所示。

支撑体的作用是控制预置基板与透明液体、预置基板与透明接触单元体之间的接触程度，通过调整支撑体的高度从而控制透明接触体背离透明基板的表面的面积大小。

下面对本申请中微型块移动组件对石墨岛进行推岛和转岛的过程进行阐述，以透明接触体包括多个透明接触单元体为例。

步骤1、将待操作石墨岛阵列放置在压电微动位移台上并固定，将制作好的移动部件倒置放在小型三维位移架上并固定；在显微镜下使用小型三维位移架控制透明接触体缓慢下降，当透明接触体2与石墨岛5阵列接触时，继续沿竖直方向施加少量位移，使透明接触体2发生形变，与石墨岛5表面结合紧密，如图7所示。

步骤2、使用压电微动位移台沿任意水平方向施加微位移，由于上层石墨岛与透明接触体保持相对静止，下层石墨岛相对于上层石墨岛产生相对滑动，石墨岛或石墨岛阵列被批量推开，控制滑动距离为石墨岛边长的二分之一，如图8所示。

步骤3、使用压电微动位移台控制石墨岛阵列沿竖直方向下降，以使石墨岛与透明接触体分离。由于滑移界面存在自回复力，具有自回复特性的石墨岛自动回复到滑移前位置，不可回复的石墨岛停留在滑移后位置，从而完成石墨岛自回复特性的批量判断，如图9所示。

步骤4、使用压电微动位移台控制石墨岛阵列沿竖直方向移动，直至石墨岛与透明接触体再次发生接触，用压电微动位移台继续沿原水平方向施加位移，将上层石墨岛完全滑移出原位置，即与下层石墨岛完全分离，如图10所示。由于石墨岛与透明接触体间存在范德华相互作用，石墨岛粘贴在透明接触体下方，如图11所示。

步骤5、将洁净的硅基底6固定在压电微动位移台上，使用转角位移台8控制硅基底旋转30°，在显微镜下用小型三维位移架和压电微动位移台9将转移起的石墨岛与硅基底表面的目标位置7对准，如图12和图13所示。

步骤6、使用压电微动位移台9控制硅基底缓慢上升，直至透明接触体上的石墨岛与目标位置相互接触，如图14所示。由于石墨岛与硅基底6界面之间范德华力大于石墨岛与弹性触头之间范德华力，石墨岛被转移至硅基底6上的目标位置。

步骤7、使用压电微动位移台9控制石墨岛与透明接触体相互分离，石墨岛5转移到硅基底6的目标位置，如图15和图16所示。使用带有不同大小圆台的PDMS弹性触头可以实现不同数量和规模石墨岛阵列的批量自回复判断与转移。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的微型块移动组件及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种超滑石墨岛移动组件的制作方法，其特征在于，包括：

准备透明基板；

准备透明液体，所述透明液体采用PDMS透明溶液、光刻胶透明溶液或树脂胶透明溶液，所述透明溶液使用搅拌棒搅拌均匀，并将所述透明溶液抽真空去除气泡；

在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状，得到透明接触体；

其中，在所述透明基板的表面滴加透明液体，固化所述透明液体并使固化后透明液体背离所述透明基板的表面为平面状包括：

步骤S11：以所述透明基板作为承载体，在所述承载体上滴加所述透明液体，并固化所述透明液体，形成透明接触单元体；所述透明接触单元体的数量为2个、3个、4个或5个；

步骤S12：以所述透明接触单元体作为新的承载体，并返回步骤S11，直至所述透明接触单元体的数量达到预设阈值，且后一个所述透明接触单元体的体积小于前一个所述透明接触单元体的体积；

步骤S13：倒置所述透明基板使所述透明接触单元体竖直向下移动，使最后形成的所述透明接触单元体与预置基板接触，直至最后形成的所述透明接触单元体发生塑性变形且接触面为平面。

2.如权利要求1所述的超滑石墨岛移动组件的制作方法，其特征在于，所述预置基板为透明基板。

3.如权利要求1所述的超滑石墨岛移动组件的制作方法，其特征在于，在所述透明基板的表面滴加透明液体之前，还包括：

在所述透明基板上设置相对的支撑体；

相应的，在所述透明基板的表面滴加透明液体包括：

所述透明基板的表面且在所述支撑体之间滴加透明液体。

4.一种超滑石墨岛移动组件的使用方法，超滑石墨岛移动组件采用如权利要求1至3任一项所述的超滑石墨岛移动组件的制作方法制备，其特征在于，包括：

S1、将待操作的石墨岛阵列放置在压电微动位移台上并固定，将制作好的石墨岛移动组件倒置放在三维位移架上并固定；在显微镜下使用三维位移架控制透明接触体缓慢下降，当所述透明接触体与石墨岛阵列接触时，继续沿竖直方向施加位移，使所述透明接触体发生形变，与石墨岛阵列的表面结合紧密；

S2、使用压电微动位移台沿任意水平方向施加微位移，使下层石墨岛相对于上层石墨岛产生相对滑动，石墨岛或石墨岛阵列被批量推开；

S3、使用压电微动位移台控制石墨岛阵列沿竖直方向下降，以使石墨岛与所述透明接触体分离，具有自回复特性的石墨岛自动回复到滑移前位置，不可回复的石墨岛停留在滑移后位置，实现石墨岛自回复特性的批量判断；

S4、使用压电微动位移台控制石墨岛阵列沿竖直方向移动，直至石墨岛与所述透明接触体再次发生接触，用压电微动位移台继续沿原水平方向施加位移，将上层石墨岛完全滑移出原位置，石墨岛粘贴在所述透明接触体下方；

S5、将洁净的硅基底固定在压电微动位移台上，使用转角位移台控制硅基底旋转30°，在显微镜下用三维位移架和压电微动位移台将转移起的石墨岛与硅基底表面的目标位置对准；

S6、使用压电微动位移台控制硅基底缓慢上升，直至所述透明接触体上的石墨岛与所述目标位置相互接触，石墨岛被转移至所述硅基底上的所述目标位置；

S7、使用压电微动位移台控制石墨岛与所述透明接触体相互分离，石墨岛转移到所述硅基底的所述目标位置。